欧美俄首次合作接收火星探测器信号,它是如何

欧洲空间局官网近日发布消息称,来自该机构和美国国家航空航天局以及俄罗斯联邦宇航局的三大深空网络无线电接收器,从距地球近4亿千米的ESA火星轨道探测器那里,接收到了微弱的信号。这次联手测试,成为国际间合作探索红色星球的开创之举。

自人类发射深空探测器以来,就离不开深空网络,地球的深空网络就是控制它们的桥梁。有的人说了,咋不用基站或是测量船来接收信号呢,考虑到探测器在遥远的地方发射回来的信号已经极其微弱了,所以必须要大个的用来“听”的望远镜才行,这个望远镜就是深空网络。什么是深空网络?

问题:旅行者一号都已经飞出了太阳系,那么它是如何和地球进行联系的?人类又是通过什么来控制它的运动方向?还有拍摄的照片如何传输回来?为什么在三十多年前的时候就有了这么高的技术水平?

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8月13日,三大深空网络首次收到欧空局“火星生命探测计划”痕量气体轨道器发出的超微弱信号。该探测器旨在了解火星大气中甲烷和其他微量气体,这些气体有可能成为火星上生物存在或地质活动的证据。

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回答:

当我们继续探索浩瀚宇宙时会发生什么?这里列出未来十年15项重大太空任务,这样你就可以在日历上标出未来十年太空旅行、行星研究、甚至殖民的所有激动人心的时刻。

此次测试在火星距离我们最远的时候进行,这意味着ExoMars探测器距离地球超过了3.97亿千米。这是每两年出现一次的通信最困难时期,地球收到的信号能量,相当于接收从月球打手机信号能量的千分之一。工程师仔细设计了地面信号接收器能探测到的信号极限,确认三个接收器都能“抓住”探测器开启最小“生存模式”时发出的信号。在实际运行中,只有当发生软件或硬件故障时,计算机才会重新启动并开启这种特殊模式。

位于马德里的深空网络

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1、美国宇航局火星探测器发射

按照预期,NASA在澳大利亚堪培拉的70米直径无线电接收器,可以接收超弱信号并发送命令;ESA在澳大利亚新诺卡的35米无线电接收器,在糟糕天气中可利用低功率放大器,将指令传输给ExoMars探测器,尽管传输速率只有每秒10比特,但它将成为上载指令唤醒探测器的应急措施;距离莫斯科北部约200千米的俄罗斯RT-64无线电望远镜,也在全力支持ExoMars任务。

深空通讯网络最早是由美国航天局NASA与美国的军方联合建立的,基站分布在世界三个地点,一处位于美国加州金石、一处位于澳大利亚堪培拉、一处位于西班牙马德里。看见没有,别的国家为什么心甘情愿的让美国在他们本土建立基站呢,主要是因为美国强大啊。

首先,旅行者1号现在根本就没有飞出太阳系,它还在广义太阳系的范围之内。认为旅行者1号飞出太阳系的这种误解来自2012年,当时旅行者1号穿过太阳风层顶,并开始接触星际介质。然而,距离太阳122天文单位的太阳风层顶远不是太阳系的最远疆界,事实上,太阳系的半径可达1至3光年。因此,以旅行者1号的飞行速度,需要几万年的时间才能真正飞出太阳系。

美国宇航局计划在2020年7月17日至8月5日之间发射一艘火星车到火星的耶泽洛陨石坑。此次发射将在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地进行,预计将于2021年2月18日着陆。这次任务的持续时间估计接近火星年,相当于687个地球日。

探测器运营经理皮特·斯琪米茨说:“如果未来ExoMars探测器或火星漫游车发生任何状况,我们希望能与之保持通信,这次的测试就是一次全方位的模拟。”

分布在这三个地方的好处是:不需要担心地球的自转影响到信号的接收,这样的话,无论地球处在什么奇怪的角度,信号都可以被接收到,三个基站分别拥有一个大口径的接收发射天线,用来发出指令并接收处理航天器反馈的信号。

欧美俄首次合作接收火星探测器信号,它是如何和地球联系的呢。其次,旅者1号已经在太空中飞行了40年,而非36年。目前,这艘无人探测器与地球相距140天文单位,相当于19光时,这意味着从地球上发出的光需要在太空中行进19小时的时间才能到达目前旅行者1号所在的位置。旅行者1号配备了高增益天线,能够把信号集中在一起传回地球。不过,当这些信号在宇宙中传播了19小时达到地球后,已经变得十分微弱,普通的设备无法探测到。为此,美国宇航局(NASA)建造了深空网络,用于接收旅者1号传回地球的微弱信号。目前,这艘探测器仍然和地球保持联系。据估计,旅行者1号携带的发电机还能工作到2025年,到了那时我们将会与旅行者1号失联,再也无法接收到来自这艘探测器发射出的无线电信号。

2、ExoMars到达火星表面

RT-64望远镜地面站工程师丹尼尔·法瑞说:“鉴于信号极端微弱,此次测试结果令人印象深刻,三个网络在最恶劣的情况下的确能够支持ExoMars探测器的通信。”

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另一方面,宇宙空间十分宽广,天体在其中的分布其实非常稀疏,使得旅行者1号与其他天体发生碰撞的可能性很低。因此,在天文学家在设计好旅行者1号的最终飞行轨迹之后,这艘探测器就会依靠惯性飞出太阳系,无需再进行调整。接下来,我们只能期望旅行者1号安然无恙地飞向宇宙深处。

在与火星2020相同的发射窗口期间,ESA和Roscosmos的合作旨在发现火星上是否曾经存在生命。该计划2016年已经启动,为了确定火星上是否存在甲烷或其他气体,发射了微量气体轨道器。

位于美国加州的深空网络

回答:

3、Roscosmos开始提供太空旅行

航天发射特别是深空探测离不开深空网络,它参与到了美国所有的深空探测任务,包括火星探测、金星探测以及旅行者系列飞船、先驱者系列飞船等。

旅行者一号已经离开了太阳系。我们要与这么远的航天器通信,不光要航天器本身有很强的本领,也需要地面人员的努力。

俄罗斯Roscosmos旅行社与太空探险公司合作,创建了一个新的旅游目的地。此外,俄罗斯航天局还计划将一个退役的国际空间站改造成一家豪华酒店。期待吗?

新视野号飞船就是新地平线号飞船,2006年1月19日在佛罗里达州卡纳维拉尔角发射升空,它有两个基本的任务,一个是探测冥王星以及它的卫星,另一个就是探测位于柯伊伯带中的小行星群。

先说航天器上的结构。旅行者一号安装了一个3.7米的高增益天线。

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4、詹姆斯·韦伯望远镜终于开始了它的使命

冥王星

这个天线会将信号传输到地球。而有的时候,信号无法传输,旅行者一号就会将数据暂时存储起来,等到时机合适,在发给地球。由于距离极为遥远,即便是以光速传递的信号,也需要十九个小时才能到达地球,这就使得地球无法实时与它通信。

詹姆斯·韦伯太空望远镜将成为哈勃望远镜的继任者,计划2021年发射,但这是在经历了长时间的延迟和挫折之后。韦伯将在ESA的帮助下发射,ESA提供一枚阿丽亚娜5号火箭将韦伯送入轨道。

柯伊伯带位于哪里呢?

星际通信需要非常强大的天线,而天线的功率也需要非常大。旅行者一号携带了一个核电池,靠衰变产生的热能发电,从而可以一直工作几十年。

5、印度进入载人航天领域(2021-2022)

位于太阳系外侧的一个由微星、小天体、冰冻的天体彗星等组成的一个环绕的环带,那里被科学家认为是太阳的原行星盘碎片。

说完了航天器上的结构,再说说地球上的设施。

印度空间研究组织计划在2021年至2022年间将第一批印度宇航员送入太空,为期约一周。

在新视野号上装备着直径2.1米高增益天线,可以将信号放大朝向地球方向传输,传输信号都是利用电磁波传输,距离的远了,信号就弱了,所以要正对着地球方向,不仅如此,还需要更大的天线发射功率。

地球要与这么遥远的航天器通信,仰赖的是「深空网络」系统,也叫做DSN,它有三个基站,分别位于美国(加洲)、西班牙(马德里)和澳大利亚(堪培拉),专门用来联系太空飞船。

宇航员(其中一名将是女性军事飞行员)预计将在今年的某个时候被选为Gaganyaan船员。

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6、SpaceX发射火星探测器

新地平线号

上图就是北极视角下的DSN基站分布,可以看到,它完全覆盖了各个可能的方向,使得我们可以随时获得太空飞船的信号。

伊隆·马斯克(Elon Musk)的公司SpaceX计划在2022年发射一项无人驾驶任务,以“确认水源、识别危险,并部署初步的电力、采矿和生命支持基础设施”。

这样就可以进行控制新视野号飞船了,这其中是科学家没日没夜的坚守阵地,因此我们才能看到如此丰硕的成果,那美丽的宇宙、浩瀚的苍穹。

回答:

2024年,马斯克希望SpaceX向火星发射一艘载人飞船,主要目标是建造一个推进剂库,为未来的载人飞行做准备,不过SpaceX很快就把这些目标贴上了“雄心勃勃”的标签。

在新视野号执行完在太阳系内部的任务后,它将追寻着它的前辈们的脚步,继续朝着太阳系外飞去,目前它的4位大哥:旅行者一号、二号;先驱者十号、十一号已经在飞出太阳系的路上了。

旅行者1号飞出太阳系了,它是如何和地球联系的呢?

7、中国发射第三个空间站

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说起来还真有点不好意思,旅行者出发的时候是1977年9月5日,居然比答主还要大几岁哈....暴露年龄了!!这是当时先进的无线电通信系统,但过去了四十多年,我们居然还在用这个破无线电通讯.....传说中的量子通讯仍然是建立在无线电通信之上的....这算是原地踏步吗?

今年早些时候,我国实现了一个历史性的里程碑,将“嫦娥四号”宇宙飞船降落在月球的背面。这是一个特别令人兴奋的结果,因为嫦娥四号降落在月球上最古老和最深的陨石坑,这可能会为月球的起源提供新的线索。

同时也希望我国建成深空通讯网络,当然前提是我国需要强大起来,需要更加强大的影响力,可以在非洲或是哪个州也建立起来深空通讯网,这样的话,未来的深空探测就不需要担心了。

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对此你有什么看法呢?欢迎在下方留言探讨。我是科幻船坞,热爱科学、喜爱科幻,感谢大家的阅读,本文图片来自于网络,侵删。

旅行者一号和旅行者二号的路线,旅行者1号是经过土星后在土星引力弹弓的加速下直接转向银心方向,因此其速度是除新视野号探测冥王星之旅以外最快的出太阳系探测器!

8、欧洲航天局制定小行星保险政策

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ESA希望有一种方法,能在“危险”小行星接近地球前几周探测到它们。

旅行者为与地面保持无线电通讯,其有一面远远超过其自身大小的高增益天线,但即使如此,地球上与之通讯的深空天线也需要数十米甚至上百米直径,因为其信号实在是太微弱了,几乎就要被背景辐射所淹没,而且其传输速率极低,以bytes计,而各位家里的网络动辄是以数十兆甚至上百兆,假如和旅行者有如此带宽的话,玩个直播简直就没有任何问题!假如真能直播的话,至少要耐得住寂寞数十小时,然后来个回应有需要数十小时.....不妨来计算下要多久!!

9、SpaceX首次月球旅行

T=旅行者距离按140天文单位计算/299792458M/S=19.46小时

日本企业家、设计师和艺术策展人前泽友作将成为“2023年该公司首位环绕月球飞行的私人乘客”。

也就是说,假如旅行者设置一个直播平台,主播说一句各位粉丝晚上好,很抱歉她听到粉丝回应的的话至少要四十小时以后......这个玩法估计没人受得了!!

然而,前泽友最近透露,他“身无分文”,所以他是否能坚持按计划旅行还有待观察。

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10、JAXA的火星卫星之旅

具备这些条件以外,还有如下方式保证通讯:

2025年3月,JAXA(日本宇宙航空研究开发机构)的火星卫星探测探测器将进入火星轨道,然后使用一个简单的气动系统在火卫一上收集粒子。最近一次获取火卫一样本的尝试是2011年俄罗斯的Fobos-Grunt任务,该任务在近地轨道上失败了。

1.尽管旅行者的发射功率只有20W,但其使用的频率为8GHz,这个波段干扰少,信噪比高

如果成功的话,探测器将在五年后返回地球,希望能揭示火星的卫星是被捕获的小行星还是毁灭性的行星撞击的结果。

2.旅行者在多个动量轮的调教下精准对准地球!

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可能各位不知道什么是动量轮,即用陀螺仪旋转的角度保持功能调整航天器的指向,不需要燃料,只需要电力,这对航天器尤为重要,在宇宙空间,电力的取得比燃料获取更容易一些!上次开普勒空间望远镜和哈勃望远镜都是动量轮出现故障,使之无法对准目标!

11、超大望远镜出现

回答:

一些最有趣的太空项目仍然在地球上进行。当ETL在智利完成后,它将成为世界上最大的望远镜,能够收集13倍于今天最强大的太空望远镜的光。

这里的“飞出太阳系”很容易理解错,因为,如果只是指飞出八大行星外,那确实是飞出去了。但是,太阳系的实际范围并不是这么点。如果包含最外围的奥尔特云的话,那么太阳系的半径就在1光年左右了。按照如今旅行者一号的速度,飞出奥尔特云还需1.7万年。

12、美国在月球建造跟基地

旅行者一号如今距离地球212亿公里外,那么它是如何与地球保持联系的呢?

NASA的深空门户,是一个顺月轨道空间站,一旦美国的根据地在2025年被送到空间站,真正的科学就开始了。

旅行者一号上搭载3块放射性同位素温差发电机,这保证了电能的供应,据说,可以支撑到2025年左右,目前电能供应的仪器数量单一,大部分科学仪器都已关闭。

目前的设计允许空间站上同时搭载四名宇航员,一系列的登月计划将使这一门户成为太空活动的聚集地,同时也可能成为通往火星的垫脚石。

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13、美国宇航局首次瞥见普赛克

旅行者一号上搭载3.7米的高增益天线,形似一口大锅,对准地球方向,而在地球上,NASA特意建造了大口径的接收天线,保证信号传输的通畅。

科学家们推测,普赛克是小行星带中的10颗主要小行星之一,它是一颗原行星的核心。

控制它的方向?

现在不需要控制了,只需冲着一个方向即可。不过在它探索行星的时候,需要调整轨道,一大部分是在起飞前都设定好了的,另外,旅行者一号上还有航迹修正推进器(TCM),可以修正定位飞船。

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该任务将于2022年发射,将花费四年时间到达目的地,但一旦到达目的地,它将进行开创性的科学研究,同时提供图像,进一步照亮我们的太阳系。

拍摄的照片如何传输回来?

美国在上世纪五十年代时,光导摄像管技术就已经发展成熟了。可将光信号转变为电信号,这在当时的美国众多探测器中都是采用这样的技术。

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为什么在40年前,美国就有这么高的科技了?

当时美国与前苏联的太空竞争使美国在短期内掌握了大量的关于卫星、探测器星际航行的技术,美国也能花大价钱往这上面砸钱。凭借着一股子热情与不断地资金投入,拥有如此的科技不使人惊讶。

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回答:

四个问题依次解答:

①联系就是靠无线电波啦,旅行者1号自身的天线、地球上也有接受天线。这边还要说的一点就是,旅行者一号还没有飞出太阳系,也就是比最远的行星海王星飞的更远,要注意的是,从引力的实际有效的控制范围来讲,太阳的控制半径在1光年左右。而这段路程,旅行者得换个几万年的时间才能达到。
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②怎样控制方向?本来旅行者一号的目的是一直探测到海王星,但是中途探访完土星之后,地面上的人员就决定让它“解脱”,自由的想着太阳系边缘飞去。而在进行的科学任务的时候,就凭借自身的动力系统以及借助行星的引力来完成—“去哪儿”这个目的。
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③至于如何吧照片传输回来,因为照片都有其格式,将其调制到发射机上面,信号传回地球,在解调就可以了,但是传输的速率就相当低了,每秒就2kb不到,吃惊吧。。。
图片 22④为什么三十多年前有这么高的技术?怎么说呢,只能说因为美苏两国航天竞赛,所以这一块的投入相当的慷慨,别说这个1976年发射的旅行者号了,1969年阿波罗计划都已经带人上过月球了。相比登月而言,旅行者一号的难度还不算高。

回答:

旅行者一号是NASA研制的无人空间探测器,在上个世纪七十年代(1977年)发射升空,完成了对木星、土星及其卫星的详细探测任务,之后的目标就是星辰大海了。它还有个双胞胎兄弟旅行者二号,在同年发射但是比旅行者一号早。
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到今天为止旅行者一号已经飞行了41年,在2012年的时候旅行者1号穿过太阳风层顶,接触到了星际介质,那个时候消息被误读认为旅行者一号飞出太阳系。由于太阳系边界的定义还没有确定,有多种说法。如果按照太阳的引力范围定义边界(奥尔特云),旅行者一号可能还需要几万年才能飞出太阳系。
图片 24现在旅行者一号距离我们超过200亿公里,大约是145天文单位,将近20光时。如果要在地球上对它下达命令,需要将近20个小时它才能接收到。由于距离太阳,信号损失严重,旅行者一号自带的高增益天线,在地面上NASA也建造了深空网络系统,接收旅行者号的微弱信号。下图是位于美国金石深空网络14天线在接收旅行者一号的信号。图片 25
现在人类已经不再控制旅行者一号了,或者说控制不了了。预计它将在2025年彻底失联,届时它将靠着惯性向银心飞去,按照目前的方位和速度它将在73600年后经过半人马座比邻星。
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14、ESA的JUICE Explorer抵达木星

图片来源网络侵删。

ESA的这颗探测器将探测木星的三颗卫星——木卫三、木卫四和木卫二——以及木星本身。该探测器在2022年发射后,一旦完成7年的旅程,将进入木星系统,但在2033年到达环绕木卫三的轨道之前,还需要4年时间。

这里是科学黑洞,欢迎关注与点评哦!

回答:

旅行者一号飞出了太阳系了?告诉你,还没呢!旅行者一号从1977发射到现在已过了41年了,这可谓是人类历史上造出的能够飞得最远的机器。那么四十年过去了,它到底跑了多远呢?
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按照目前传回的数据来看,旅行者一号距离太阳的距离为120个天文单位(一天文单位为地球到太阳的平均距离1.5亿公里),也就是180亿公里多一点,这个距离看起来很长但是实际上跟太阳系的直径比起来还是少了不少的,太阳系的直径大约300亿公里。旅行者一号虽然还没有飞出太阳系但是距离它脱离太阳系的束缚也要不了多长的时间了。
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说到怎么控制它的方向这个是控制不了的,只能随着它想怎么走就怎么走,人类是控制不了它的走向。你可能会问那怎么它还没有被撞毁呢?按道理说太空中那么多的障碍物旅行者一号总会碰上一个吧!幸运的是旅行者一号发射时刚好碰上了176年一遇的行星几何排列,所以太空飞船就可以凭借少量的燃料就可以借助各个行星的引力加速,而且大大缩短造访四个行星的时间,原本需要30年因为这次机会只需要12年就可以完成。
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说到旅行者一号怎么与地球取得联系那当然是通过无线电联系,它的天线对准地球的方向,依靠特定频率的电磁波与地球通信,按照它目前距离地球的距离来看,无线电信号需要经过17个小时才能传回地球,这么远的距离电磁波信号的强度被削减的很严重,所以需要足够大的接收天线采集信号才可以。而且还有一点就是传输的速度极其之慢,通常一张照片需要几十分钟才可以传输成功。

虽然说旅行者一号就快飞出太阳系了,但是据最近科学家的观测发现,旅行者一号接近太阳系的边缘时它的速度正在减慢,目前不知道具体的原因是什么,所以能不能飞出太阳系还是个未知数。而且旅行者一号的电池电量也快耗尽了,预计2025年左右它的电量就会耗尽,那个时候我们就再也不能和它联系了,如果它能够顺利地脱离太阳系,那么它将会需要用4万年的时间到达下一个星系,如果能够得到足够的光照射,它可以重新获得能量,再次与地球取得联系。

回答:

首先要知道的是,即便到现在,旅行者一号还没飞出太阳系,但它在2012年越过了太阳,截至今天,它已经运行了41年之久。

但实际上,太阳系很大,不要以为经过了太阳就已经飞出了太阳系,据说飞出太阳系还需要好几万年。
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所以说,旅行者一号飞出太阳系,还是极其遥远的事情,目前为止,这种太空探测器还可以由地面上受过训练的“空间”人员的专门单位控制。

虽然说,旅行者一号还没有飞出太阳系,但已经距离我们地球非常遥远,即便如此,我们仍然可以通过无线电波与这个太空探测器进行通信,无线电波是一种电磁辐射,因此可以以光速行进。

这就是说,就像太阳光线需要8分钟才能到达地球一样,来自太空探测器的无线电信号也需要时间......例如,截至今天,来自旅行者1号的信号需要大约20个小时才能到达地球!接近需要几乎一天的时间。
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旅行者一号时隔今日,不仅可以控制,而且太空探测器的路线是可预测的,天文学家和太空人员投入了大量的精力(数月甚至数年)来设计太空探测器的过程。

由于他们知道我们太阳系的许多成员的相对位置,他们会做大量的计算来确定太空探测器的路线,而这些太空探测器在那里几乎没有意外发生。

天文学家确切知道他们的太空探测器究竟走的是什么路线,所以他们可以提前预测探测器未来遇到的其他物体。假设天文学家观察到彗星正在接近他们的探测器。
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由于这些彗星和其他天体通常在离探测器数千英里远的地方被探测到,因此地面人员有足够的时间重新调整探测器的走向,以便飞行物体而不会以任何方式影响探测器。

不得不说,70年代的美国航天技术相当领先,就已经制造出旅行者一号哦,不过它的钚电池预计到2025年完全失去电力后,届时它将与地球失去联系,也无法传输信号,当然了,如果外星人有幸可以收获到,倒是完成了它的最终目标。

回答:

假的,这个只是纸老虎美国设计出来的动画片,几十年前我们还在脸朝黄土背朝天,怎么可能有这么高的科技,所以我们一致判定这个是假的,就像飞跃冥王星、登月、火星探测器、全部都是假的,只有中国五千年文明是真的,好了,不说了,我们研究一下2000多年前的这个精美的文物吧

15、美国宇航局火星任务

从技术上讲,这次任务的日期是在我们的十年时间表之外的一年,但我们认为它值得一提。NASA的目标是在2030年将人类送上火星。

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